基于ANSYS的漏感变压器的仿真计算
ANSYS 变压器求电感
/title, Transformer Analysis/nopr/com nominal/com magnetic field in the core : Hn = (N1 I1 + N2 I2) / y = 25/com flux density in the core : Bn =Hn / nui = 0.5 /com absolute energy in the core : nlene = HnBn/2 2xyz = 0.0125 /com absolute coenergy in the core :nlcene = BnHn 2xyz - nlene = 0.0125/com coil1 current incremented by=0.2A/com magnetic field in the core : H11 = Hn + N1 dI1 / y = 45/com flux density in the core : B11 = Bn + (H11-Hn) / nui = 0.9/com energy increment in half core : dW11= (B11-Bn)(H11-Hn)/2*xyz = 0.004 /com coil2 current incremented by=0.2A/com magnetic field in the core : H22 = Hn + N2 dI2 / y = 65/com flux density in the core : B22 = Bn + (Hn-H22) / nui = 1.3/com energy increment in half core : dW22= (B22-Bn)(H22-Hn)/2*xyz = 0.016 /com both currents incremented by=0.2A/com magnetic field in the core : H12 = Hn + (N1 dI1+N2 dI2)/ y= 85/com flux density in the core : B12 = Bn + (Hn-H12) / nui = 1.7/com energy increment in half core : dW12= (B12-Bn)(H12-Hn)/2*xyz = 0.036 /com inductances/com self coil 1 : L11 ~ 2 N1^2 x z / (y nui) = 0.4/com self coil 2 : L22 ~ 2 N2^2 x z / (y nui) = 1.6/com mutual between coil 1 and 2 : L12 ~ 2 N1 N2 x z / (y nui) = 0.8/com flux linkages/com coil 1 : psi1 = 2 N1 x z B0 = 0.1 /com coil 2 : psi2 = 2 N2 x z B0 = 0.2 /com! geometry datan=1 ! meshing parameterx1=0.1 ! width (x size) of coil 1x2=0.1 ! width (x size) of coil 2x=0.1 ! width (x size) of corey=0.1 ! height of core, y size of windowz=0.1 ! thickness of iron in z directionnui=50 ! absolutereluctivity of ironn1=10 ! number of turns in coil1n2=20 ! number of turns in coil2! excitation data used by LMATRIX.MACsymfac=2 ! symmetric factor for inductance computationnc=2 ! number of coils*dim,cur,array,nc ! nominal currents of coils*dim,coils,char,nc ! names of coil componentscur(1)=0.2 ! nominal current of 1st coilcoils(1)='coil1' ! name of coil 1 componentcur(2)=0.025 ! nominal current of 2nd coilcoils(2)='coil2' ! name of coil 2 component! derived auxiliary parametersmu0=3.1415926*4.0e-7muri=1/nui/mu0 ! relative permeability of ironx3=x1+x2 ! x coordinate of the right of coil2x4=x3+x ! x coordinate of middle of core (symmetry plane)/prep7mp,murx,1,1 ! coil1et,1,117mp,murx,2,1 ! coil2mp,rsvx,2,1et,2,117,5!Solenoidal Formulation对导电区用AZ-VOLT自由度，对不导电区用AZ自由度．!5 -- Solid Conductors (DC Current)!AZ, VOLT degrees of freedom: nonlinear symmetric solenoidal!formulation applicable to static and transient analyses.!6 -- Solid Conductors (DC Current)!AZ, VOLT degrees of freedom: linear unsymmetricsolenoidal!formulation applicable to harmonic analyses.mp,murx,3,muri ! ironet,3,117block, 0,x1,0,y,0,z ! coil1block,x1,x3,0,y,0,z ! coil2block,x3,x4,0,y,0,z ! corevglue,allvsel,s,loc,x,x1/2vatt,1,1,1 ! coil 1 volume attributevsel,s,loc,x,x1+x2/2vatt,2,2,2 ! coil 2 volume attributevsel,s,loc,x,x3+x/2vatt,3,3,3 ! iron volume attributevsel,allesize,,nvmesh,allnsel,s,loc,x,x4 ! flux parallel Dirichlet at symm plain, x=x4,z=0,z=znsel,a,loc,z,0nsel,a,loc,z,zd,all,az,0! homogeneous Neumann flux norm at yoke, x=0, y=0, y=ynsel,all! current density load on coil1esel,s,type,,1bfe,all,js,,,,n1*cur(1)/(x1*y)cm,coils(1),elemallsnsel,s,loc,z,0d,all,volt,0nsel,s,loc,z,zcp,1,volt,all !建立耦合allsnn1amps=node(x1,0,z)f,nn1amps,amps,-n2*cur(2) !除了加电流密度载荷外，还可以给一个块导体加总电流F,,amps!注：在加总电流之前需耦合节点VOLT自由度。
ANSYS10.0软件在松耦合变压器中的三维仿真分析过程介绍
ANSYS10.0 软件在松耦合变压器中的三维仿真分析
过程介绍
当今变压器领域已经发展到很成熟的阶段，轻量、高效、高密度是当今变压器发展目标。
在变压器产品研发中，利用有限元仿真软件，可以方便地改变变压器的结构参数，观察这些参数对变压器的影响。
ANSYS 是世界上着名的大型通用有限元分析软件，也是中国用户最多、应用最广泛的有限元分析软件，它融结构、热、流体、电磁、声学等专业的分析于一体，可广泛应用于机械制造、石油化工、轻工、造船、航天航空、汽车交通、电子、土木工程、水利、铁道等各种工业建设和科学研究。
引言
作为旋转导向智能钻井系统核心部件的可控偏心器，其原理是利用电机泵产生推动翼肋伸缩的动力，当采用电机泵动力时，电机泵的能量来源于井下涡轮发电机。
由于可控偏心器的机械结构决定了电机泵要安装在不旋转套上，而发电机要安装在旋转的主轴上，这样就涉及到旋转和不旋转之间的能量传输问题。
以前一直采用的是接触式滑环能量传输方式，由于接触式滑环存在安装不方便、旋转时易磨损、易受到井下钻井液、水的腐蚀以及泥浆的影响等缺陷，迫切需要一种新的非接触式能量传输方式松耦合电能传输技术。
作为松耦合电能传输技术的核心部分松耦合变压器，对它的研究则显得尤为重要。
基于PSCAD-ANSYS的变压器绕组振动特性仿真研究
基于PSCAD-ANSYS的变压器绕组振动特性仿真研究杨贤;王丰华;何苗忠;林春耀【摘要】To further understand the vibration mechanism of transformer winding,the whole simulation of winding vibration response under short circuit was made based on the co-simulation of PSCAD and ANSYS software.The short-circuit current was obtained based on the electro-magnetic transient analysis of PSCAD software under sudden short-circuit impact.Then the simulation of magnetic field and mechanical field excited by the short circuit current was achieved and the transformer vibration characteristics excited by the electro-dynamic force was acquired.The data communication mechanism has been elegantly designed and implemented to combine the electrical model and vibration model,which makes the co-simulation more intergratded and rigorous.With the developed simulation model,the vibration response of a power transformer in the 110kV substation was calculated and the effectiveness of the proposed simulation method was verified.When sudden short-circuit was occurred,the vibration response of transformer winding was increased greatly and then reduced gradually,which was similar to the variation trend of short-circuit current.The frequency component of vibration signals are more complicated.%为进一步理解和掌握短路冲击下变压器绕组的振动特性,本文基于PSCAD-ANSYS联合仿真实现了变压器突发短路下振动响应的全过程分析,即根据PSCAD软件计算得到的变压器绕组短路电流,在ANSYS软件中使用电磁场和机械场模块计算了变压器绕组的电动力和振动响应.其中,两个软件之间的电流和时间等关键信息的交换通过数据通信接口方式实现.以某110kV变电站为例对变压器突发短路下的振动响应进行计算分析,结果表明,所提出的联合仿真方法能够有效计算突发短路时变压器绕组的振动特性.突发短路时,变压器振动响应与短路电流变化趋势类似,绕组振动在短路故障发生后先达到最大值,然后伴有一定的衰减分量,振动信号频谱分量更加丰富.【期刊名称】《电工电能新技术》【年(卷),期】2017(036)011【总页数】6页(P51-56)【关键词】变压器绕组;突发短路;振动响应;联合仿真;PSCAD;ANSYS【作者】杨贤;王丰华;何苗忠;林春耀【作者单位】广东电网公司电力科学研究院,广东广州510080;电力传输与功率变换控制教育部重点实验室,上海交通大学,上海200240;电力传输与功率变换控制教育部重点实验室,上海交通大学,上海200240;广东电网公司电力科学研究院,广东广州510080【正文语种】中文【中图分类】TM411变压器是电力系统中的关键设备之一，其运行可靠性与稳定性直接关系到电力系统的安全运行。
用ANSYS为变压器简单建模
⽤ANSYS为变压器简单建模⽤ANSYS为变压器简单建模⼀、问题描述：把单相变压器空载时的运⾏情况作为⼆维平⾯模型进⾏分析，查看磁⼒线分布、磁流密度等，主要是了解ANSYS的使⽤⽅法。
⼆、GUI操作⽅法由于直接打开ANSYS软件，保存的⽂件时都存在安装时选择的⽂件夹下，会存的很乱。
可以打开程序时通过程序菜单⾥ANSYS 12.0后的Mechanical APDL Product Launcher打开程序，这样打开后，可以从下⾯的Working Directory中指定本次建模想要存的⽂件夹，在Job Name中可以直接定义⼯作名，之后单击下⾯的RUN按钮即可。
1.创建物理环境1)过滤图形界⾯：从主菜单中选择Main Menu>Preferences,弹出“Preference for GUI Filtering"对话框，选中"Magnetic-Nodal"来对后⾯的分析进⾏菜单及相应的图形界⾯过滤。
2)定义⼯作标题：从菜单中选择File>Change Title, 在弹出的对话框中输⼊"2-D Transformer Static Analysis",单击OK.3)指定⼯作名：从菜单中选择File>Change Jobname, 弹出⼀个对话框，在"Enter new Name" 后⾯输⼊"transformer", 单击OK.4)定义单元类型和选项：从主菜单中选择Main Menu>Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete, 弹出"Element Types"单元类型对话框，点击Add按钮，弹出"Library of Element Types" 单元类型库对话框，在对话框左⾯滚动栏中选择"Magnetic Vector", 在右边的滚动栏中选择“Quad 4nod13", 单击OK, 定义了"Plane13"单元，采⽤该单元的默认设置即可，最后单击"Element Types" 对话框上的Close 按钮，关闭该对话框。
基于ANSYS软件的油浸式变压器温度场有限元仿真计算
基于ANSYS软件的油浸式变压器温度场有限元仿真计算薛飞;陈炯;周健聪;李忠【摘要】应用传热学和流体力学原理分析了变压器内部生热以及散热机制,建立了流固耦合的变压器温度场有限元分析模型,并在此基础上选取了适当的边界条件及求解参数,在综合考虑非线性热源以及随温度变化的油动力粘度的前提下,采用有限元分析软件ANSYS计算了变压器内部的温度场分布,确定了热点的温度及位置.【期刊名称】《上海电力学院学报》【年(卷),期】2015(031)002【总页数】5页(P113-116,126)【关键词】油浸式变压器;热点温度;温度场;流固耦合;有限元;ANSYS软件【作者】薛飞;陈炯;周健聪;李忠【作者单位】上海电力学院电气工程学院,上海200090;上海电力学院电气工程学院,上海200090;国网四川省电力公司资阳供电公司,四川资阳641300;国网四川省电力公司资阳供电公司,四川资阳641300【正文语种】中文【中图分类】TM411;TM743随着电力建设的不断推进，电力设备朝着大型化方向发展，但大型变压器的内部温升控制问题一直是近年来困扰电网运行部门的技术难题之一.《GB/T 1094.7—2008油浸式电力变压器负载导则》中明确指出:“绕组最热区域内达到的温度，是变压器负载值的最主要限制因素，故应尽一切努力来准确地确定这一温度值”.[1]当热点温度超过指定限值时，会加速绝缘老化，缩短变压器寿命，影响变压器的正常运行.因此，开发合适的温度场计算技术，准确计算绕组热点温度及位置是亟待解决的问题.目前，计算变压器热点温度的依据一般是实验结果和实践经验，但其误差较大，不能反映最热点温度和变压器内部整个温度的分布，并且难以确定热点的准确位置.[2]因此，笔者从传热学和流体力学理论出发，结合强大的有限元分析软件ANSYS，建立了油浸式变压器的有限元分析模型，分析并计算了变压器稳态运行下的温度场分布，较为准确地定位出热点的位置.1 发热及传热原理1.1 变压器的热源变压器内部的热量主要由损耗转化而来，包括绕组损耗和铁心损耗，可以表示为:[3]式中:PT——总损耗;PC——铁心损耗;PL——绕组损耗.绕组中的损耗包括直流电阻损耗、涡流损耗及杂散损耗等，其中直流电阻损耗占主要部分，可表示为:式中:I2R——绕组的电阻损耗;PW——绕组中的涡流损耗;PZ——杂散损耗.铁心损耗主要由铁心中的磁滞损耗和涡流损耗构成，可以表示为:式中:P1——铁心中的磁滞损耗;P2——铁心中的涡流损耗;δh——磁滞损耗系数;δe——涡流损耗系数;f——电流频率，Hz;Bm——磁通密度的最大值，Wb/m2.绕组的涡流损耗和直流电阻损耗产生的热量直接作用于绕组，从而引起绕组温度升高，并且也是变压器内部热量的主要来源.1.2 传热机理分析对于油浸式变压器来说，运行中所产生的热量主要以传导和对流方式进行传递，其热量散失过程如图1所示.图1 变压器内部传热原理示意热量的传递过程分为4个部分:一是铁心、绕组产生热量，经内部传导，热量传递到与油接触的外表面;二是外表面的热量经过对流传递到油，油温逐渐升高;三是变压器油向上流动，接触油箱壁，油温下降，油向下流动;四是冷油回到底部又重新流入绕组，形成了闭合的对流路线.油箱壁对空气的辐射传热可忽略不计.因此，热传递在变压器内部固体间表现为热传导，在固体与油之间表现为对流.通过适当假设以及参照能量守恒定律可得出热传导的数学模型[4]假设如下.(1)绕组为各向同性的连续介质.(2)导体的密度、比热容和导热率均为常物性.(3)导体内部有热源且均匀分布.q v为单位体积的生热率，V为导体体积，则qv=P/V.所得微分方程式如下:式中:a——热扩散率，即导温系数;λ——导热系数;c——比热;ρ——密度.在不考虑时变的稳态传热时，式(4)可简化为:对流主要取决于对流换热系数、固体与油流温度差、换热表面积，实际工程中采用牛顿冷却公式:[2]式中:hf——对流换热系数;S——换热表面积;tw——固体表面温度;tf——油流温度.由于对流过程中油的导热系数、比热及密度都是温度的函数，因此正确确定hf是计算变压器内部温度场的关键.[5]2 ANSYS模型的建立ANSYS软件是融合电场、磁场、温度场于一体的大型通用有限元分析软件.其强大的多物理场耦合计算功能使其在跨领域多变工程中得到广泛的使用.[6] ANSYS Workbench Environment(AWE)作为新一代多物理场协同 CAE仿真环境，集建模、有限元分析、优化设计3大模块于一体，为设计人员提供了系统级的解决方案.本文就是利用Workbench对油浸式变压器内部流固耦合的环境进行仿真分析.2.1 确定边界条件及物性参数本仿真过程为稳态求解，即发热和散热达到热平衡.固体所用的比热、导热系数及材料密度均为常数，油的物性参数采用拟合输入，见表1.热源密度为常数，环境温度及初始油温为20℃.表1 变压器油物性参数油的物性数拟合公式动力粘度μ μ=11.71exp(－0.02T)密度ρ ρ=894－0.6(T－273)比热 C C=807.163+3.58T本文所模拟的油浸式变压器只考虑自然对流，并且忽略油箱壁对空气的辐射散热，因此用到两类边界条件，即第1类边界条件和第3类边界条件.油与铁心、绕组及油箱壁之间是典型的对流换热，属第3类边界条件，满足:式中:λ——导热系数;n——法方向.由于油箱的几何形状比较规则，因此自然对流换热系数hf可取均值.式中:Nu——努塞尔数;Ra——瑞利数，Ra=GrPr;G r——格拉晓夫数;α——热膨胀系数，α =1/T;β——运动粘度，m2/s;H——特征尺寸，m;Δt——温差，℃;C，n——比热和法方向，数值由试验确定;Pr——普郎特数.油流与绕组的对流散热比较复杂，由于各绕组的生热率、几何形状及空间位置都不同，使得它们与油之间的hf相差较大，不能采用均值.事实上，油流可分为层流和湍流，两者换热效果相差较大，可通过雷诺系数Re来判断:式中:v——流体流速;ρ——流体密度;L c——特征尺寸;μ——动力粘度.当Re＜2 300时，流动为层流，反之为湍流.对于油箱壁面则用到了传热学中的第1类边界条件，即规定流体边界上的温度为常数20℃.2.2 仿真模型及网格划分本文所选变压器为三相对称，且各相关量的变化成轴对称，即温度场的分布在变压器内部沿圆周方向没有梯度变化，这里选用其中一相，作1/4三维轴对称圆柱体模型进行温度场计算.模型的参数如下:油箱尺寸为820 mm×800 mm×500 mm;铁心导热系数为40 W/mK;生热率为9 651.39 W/m3;绕组导热系数为336W/mK;低压绕组平均生热率为28 954.17 W/m3;高压绕组平均生热率为12 578.81 W/m3.网格划分的方式对分析结果影响较大，本模型为流固耦合模型，因此采用完全非结构化分段划分方法，[7]在耦合交界面以及温度梯度较大的部位网格较细，这样在保证精度的前提下又不至于过分影响系统的计算效率.网格划分后的局部模型如图2所示.图2 模型上端部网格划分2.3 程序计算流程仿真计算流程如图3所示.需要注意的是，要先建立流体场分析模型，在此基础上再建立固体模型，添加材料属性和划分网格.计算结束后对每一次的计算结果进行收敛性以及精度的判断，当精度未达到要求时，返回修改流场参数及网格参数，然后再次进行迭代计算，直到达到足够精度为止.[8]图3 仿真计算流程2.4 仿真结果及分析利用ANSYS软件计算了在环境温度20℃下，额定容量为2 500 kW且在额定负荷运行下的变压器的温度场分布情况，其轴截面温度场分布如图4所示.图4 温度场分布从图4可以看出，铁心及绕组的温度分布都不均匀，下部温度低，上部温度高;最低温度出现在铁心的下端部分，最热点则出现在低压绕组内侧轴向80% ～85%处，其温度为85.7℃，低于变压器所规定的参考温度98℃.[1]从传热学及流体力学的角度考虑，热量从绕组的内侧以一定的传导系数向外传热，在绕组表面与油接触后进行对流换热，沿轴向向上流动，因此要带走一部分热量;同时，绕组上端部散热效果比下端部差，从而使得上面温度高于下面温度;高压绕组在外层，散热效果比低压绕组好，因此温度低于低压绕组.3 结语本文采用ANSYS软件对油浸式变压器进行了建模与仿真，考虑油粘滞度随温度的变化及非线性的绕组发热功率，最后得到变压器内部温度场分布图，并结合传热学及流体力学的原理对所得结果进行了分析.经与经验测量结果及 IEEE推荐方法计算值对比发现，计算精度可满足工程要求，同时也为热点位置的定位提供了理论依据. 参考文献:【相关文献】[1]中国电器工业协会.GB/T 1094.7—2008油浸式电力变压器负载导则[S].北京:中国标准出版社，1994.[2]傅晨钊，汲胜昌，王世山.变压器绕组温度场的二维数值计算[J].高电压技术，2002，28(5):10-12.[3]陈伟根，苏小平，周渠，等.基于顶层油温的变压器绕组热点温度计算改进模型[J].重庆大学学报，2012，35(5):69-75.[4]曲德宇，刘文里，韩波.干式变压器绕组温度场的二维数值分析[J].变压器，2011，48(12):21-25.[5]崔伟，张喜乐，李永刚，等.基于Fluent软件的干式变压器绕组热点温度计算与分析[J].电力科学与工程，2011，27(1):32-35.[6]温波，刘爽，冯加奇，等.油浸式电力变压器绕组温度场的二维仿真分析[J].变压器，2009，46(9):35-38.[7]杜莉，王秀春.油浸式变压器内流场和温度场的数值模拟研究[J].变压器，2012，49(1):19-22.[8]李季，罗隆福，许加柱.电力机车主变压器油箱三维温度场有限元分析[J].高电压技术，2005，31(8):21-23.。
一种基于ansys maxwell的变压器漏电感的计算方法研究
一种基于ansys maxwell的变压器漏电感的
计算方法研究
本文研究了一种基于ansys maxwell的变压器漏电感的计算方法。
漏电感是变压器的重要指标之一，对于变压器的设计和应用具有重要意义。
在本文中，我们将通过有限元分析工具ansys maxwell来计算变压器的漏电感。
首先，我们根据变压器的结构和特点建立模型。
模型由铁芯、一次绕组、二次绕组、绕组之间的隔离壳以及绕组与隔离壳之间的空气组成。
通过ansys maxwell软件的导入功能将模型导入软件中，并依据模型结构进行网格划分，将模型离散化。
接着，我们根据变压器的工况，设置模型的计算条件，并进行计算。
通过ansys maxwell软件的仿真功能，我们可以得到变压器的磁场分布情况及漏电感值。
最后，我们对计算结果进行验证，并对计算结果进行分析和讨论。
通过对计算结果的分析，我们可以得到变压器漏电感的具体数值以及因素。
我们还可以根据计算结果，优化变压器的设计和应用，提高变压器的性能和效率。
总之，本文所提出的基于ansys maxwell的变压器漏电感计算方法具有计算精度高、计算效率高、结果可靠等优点。
这种方法在变压器的设计和应用中具有重要意义，可以为变压器的研究和应用提供理论基础和计算支持。
大型变压器漏磁场仿真计算研究
2019.12 EPEM 103专业论文Professional papers因为二维场在现在计算中已不能很好地用于分析变压器的漏磁场性能，所以选用三维条件进行计算很有必要。
限于现在计算资源的限制，必须先对三维模型进行简化模拟，即在三维场下对单项变压器、三项变压器的短路情况进行计算，再进行漏磁场的分布计算，获得变压器的电感、电抗参数，才能分析结构件参数值的结果的正确性[1]。
本文主要研究分析150MVA 电力变压器和240MVA 电力变压器的主要阻抗参数，即电抗参数的计算方法。
1 三维漏磁场仿真模型下变压器的性能分析1.1 实验条件分析不同绕组间变压器的短路情况，结果显示，借助传统分析方法不能很好的达到变压器的设计要求，同时不同的绕阻短路情况也会影响漏磁场的分布变化。
本文选择的是数值分析中的有限元场路耦合方法进行电抗参数计算和漏磁场分析[2]，研究对象为一台双绕组变压器、一台三绕组变压器，分析两种不同变压器的复杂结构，并做简洁处理。
研究使用的是ANSYS/Maxwell 模拟仿真软件，只要利用该电磁软件建立三维漏磁场变压模型，根据仿真模型显示对变压器单元格进行分析，然后根据分析结果，分别计算得出不同绕组短路状态时的电磁能量值和绕组电压值，进而求得所对应的电抗值，并将所的结果与实验仿真数据进行对照[3]。
1.2 实验内容为实现电力变压器繁杂结构的优化和计算，需做如下假设：依照电力变压器中心对称结构的特性大型变压器漏磁场仿真计算研究南方电网楚雄供电局 康 勇 李起荣 沈 燚 张弄韬 雷雨田摘要：在ANSYS/Maxwll软件中对电力变压器建立三维仿真模型和耦合外电路激励，对变压器绕组进行短路电抗参数和电感参数设计计算分析，并验证了本文所提模型的有效性。
关键词：变压器、漏磁场、仿真计算和漏电磁场特性，求解漏电磁场和电力变压器阻抗参数间的相关性，进行的假设条件和简化步骤为：变压器结构上下对称，3D 计算模型取1/4变压器结构，箱体结构与单项双绕组中心左右相互对称，上下相互对称；不考虑变压器内不同因素使漏磁场发生变化的影响，如铁心内涡流因素、位移电流因素、绕组内环流因素、以及金属构件材料的磁滞特性因素；在忽略高次谐波的情况下，电磁场量的运作变化均呈现正弦关系，电磁场量的正弦关系影响绕组各安匝分区内的电力密度分布均匀分布；规定变压器中金属导线的电导率为常数值，规定变压器铁心、油箱都是非线性材料。
大型电力变压器漏磁场的ANSYS有限元分析
大型电力变压器漏磁场的A N SY S有限元分析陈玉庆蔡斌(曲阜师范大学电气信息与自动化学院，山东日照276826)研究与开发摘要首先，讨论了电力变压器中漏磁场的基本问题。
然后，运用电磁场理论和有限元法，对其进行了系统的研究，分别建立了二维和三维漏磁场计算模型，准确计算了油箱中的漏磁场分布情况，给出了详细的分析方法，并得出有关结论。
变压器容量越大，漏磁场也越强，油箱中损耗就不能忽略。
如果不采取措施，油箱壁出现局部过热点能影响变压器性能。
传统的计算方法是根据经验公式来估算，这就具有相当大的误差，于是更加准确的有限元法被引进到漏磁场计算中。
关键词：变压器；漏磁场；有限元分析T he Fi ni t e E l em ent A na l ys i s of L e akage M agne t i cFi e l d of L ar ge-Scal e E l ect r i c T r a ns f or m erC he n Y uq i ng C ai B i n(S chool of E l ect r i ca l I nfor m at i on and A ut om at i o n，Q uf u N or m a l U ni ver si t y,R i zhao，Sh andong276826)A bs t r act Fi r st，t he bas i cp r obl em of l eak age m agn et i c f i el d i n t r ans for m er s ar e di s cus se d．Then，t he l eak age m agne t i c f i el d i s i nt e ns i ve w hen pow e r is bi gg eL SO t he l os ses i n t an k ar e hi gh．If nom e asur em en t s hav e be en t ak en．t he t ank w al l m ay have l oca l hot s po t t hat can det er i ora t e t het r ans f or m er per for m ance．I t i S neces s ar y t o c al c ul a t e accur at el y t he l O SS i n t he t ank．2一D and3．Dl eak age m agn et i c f i e l d m ode l of t r ans for m er ar e bui l t us i ng FEM．R e sul t s show s3．D m ode l iS m or ea cc u r a t e and pr ov i de hel p f or t aki ng bet t e r s hi e l di ng m eas ur es．T he det ai l ed a na l ys i s is gi v en．So m enew r e sul t s w hi c h have bot h t heore t i ca I and pr ac t i ca l s i gni f i can ce a r e drow n．K ey w or ds t t r ans f or m er；l eakage m agn et i c fi el d；f i ni t e el e m ent a na l ys i s1引言电力变压器是电力网中的主要设备，其总容量达到发电设备总容量的5～6倍。
基于ANSYS的大型电力变压器地震仿真分析
基于ANSYS的大型电力变压器地震仿真分析摘要：依据GB 50260-2013，GB50011-2010和Q/GDW 11132-2013标准仿真计算了变压器在地震、自重、变压器内部油压的各种可能的工况，对静力学、模态、响应谱、时程动力进行分析，对变压器承受的应力分布进行评估。
得出经验系数，地震反应谱的最大峰值加速度为水平地面加速度的2.5倍，对所有可能承受强烈地震作用力的部件，按响应谱峰值加速度进行保守的静力学计算。
关键词：ANSYS；电力变压器；地震；仿真分析；模态分析；响应谱分析；时程动力分析1 引言变压器作为变电站中的关键设备，一旦发生破坏将导致相关线路的失效，进而影响整个输配电系统的正常运行。
为了提高输配电系统的安全性，保障其在震中和震后的正常运行，进行变压器的抗震性能和减震技术的研究已经成国内外地震工程研究的重要课题之一。
本论文针对220kV大型油浸式电力变压器力学强度的有限元分析。
变压器三维模型、使用材料属性及质量信息均来自ABB变压器，计算工况源自GB50260-2013? GB50011-2010和国家电网公司企业标准 Q/GDW 11132-2013《特高压瓷绝缘电气设备抗震设计及减震装置安装与维护技术规程》。
我们主要计算变压器的主箱体、框架、散热器及主要附件的应力分布，对静力学、模态、响应谱进行分析。
通过有限元仿真计算，校验变压器强度。
《电气设施抗震设计规范》适用于抗震烈度6度至9度地区新建和扩建的电力设施的抗震设计，其中指出，变压器套管可以简化为悬臂多质点体系，并且要求计入法兰连接刚度。
该规范附则中还指出变压器的出线套管抗震设计应考虑变压器本体的动力响应放大作用，建议取 2.0，在这一点上，我国规范参考了IEEE693 标准。
同时还规定对变压器仅进行套管的抗震测试，再乘以变压器本体的动力响应放大系数。
根据以上的分析比较，变压器抗震设计主要规范对比对比结果如表1 所示。
表1 抗震设计方法对比表2 仿真软件主要使用了ANSYS Workbench 软件的前处理（pre-processing）、有限元分析模块（Static-structural/Modal/Response Spectrum）及有限元后处理模块（post-processing）。
基于ANSYS的松耦合变压器三维仿真研究
基于ANSYS的松耦合变压器三维仿真研究当今变压器领域已经发展到很成熟的阶段，轻量、高效、高密度是当今变压器发展目标。
在变压器产品研发中，利用有限元仿真软件，可以方便地改变变压器的结构参数，观察这些参数对变压器的影响。
ANSYS是世界上著名的大型通用有限元分析软件,也是中国用户最多、应用最广泛的有限元分析软件,它融结构、热、流体、电磁、声学等专业的分析于一体,可广泛应用于机械制造、石油化工、轻工、造船、航天航空、汽车交通、电子、土木工程、水利、铁道等各种工业建设和科学研究。
引言作为旋转导向智能钻井系统核心部件的可控偏心器，其原理是利用电机泵产生推动翼肋伸缩的动力, 当采用电机泵动力时，电机泵的能量来源于井下涡轮发电机。
由于可控偏心器的机械结构决定了电机泵要安装在不旋转套上，而发电机要安装在旋转的主轴上，这样就涉及到旋转和不旋转之间的能量传输问题。
以前一直采用的是接触式滑环能量传输方式,由于接触式滑环存在安装不方便、旋转时易磨损、易受到井下钻井液、水的腐蚀以及泥浆的影响等缺陷,迫切需要一种新的非接触式能量传输方式——松耦合电能传输技术。
作为松耦合电能传输技术的核心部分——松耦合变压器，对它的研究则显得尤为重要。
对于井下恶劣的环境以及空间等各方面因素的限制，我们对松耦合变压器的研究存在较大困难，而ANSYS的实体建模能力可以快速精确地模拟三维松耦合变压器。
ANSYS三维仿真无论是建模、网格划分还是后处理，都有它自己独特的优点，尤其是在后处理中，可以观察出各个方向的电磁力、磁感应强度、磁动势等。
下面就介绍ANSYS10.0软件在松耦合变压器中的三维仿真分析过程。
松耦合变压器的ANSYS三维仿真针对松耦合变压器，我们采用了磁矢量位方法进行仿真。
磁矢量位方法（MVP）是ANSYS 支持的三维静态、谐波和瞬态分析的两种基于节点分析方法中的一个。
ANSYS Maxwell助力电力变压器设计和仿真
用户自定义添加新的磁芯模型，包括 尺寸和材料
如果用户需要的磁芯材料不在参数输入界面上，用户可以按照如下的步骤添加: 1. 建立一个与添加的磁芯材料对应的frequency versus permeability 文件（tab格式） 2. Tab文件命名为所添加的材料名 3. 把tab文件放到如下目录 “CoreUDM /MaterialData” 4. 在Excel中打开目录“CoreUDM /MaterialData”下的“matdata.tab” 文件 5. Add a row for the material to be added and specify name and other material properties 6. 为新加的材料添加一行，并指定电导率、损耗系数和密度等其它材料参数 7. 保存文件
记录输入文件 –用于下次直接复用生成模 型
• 一个.tab格式的文件在脚本运行时被自 动记录，并保存于Maxwell默认的工程 文件目录下。
• 通过选择“core definition”输入界面上的 “Read Data from Text File”按钮，可以重 新运行已有的.tab格式输入文件(note Core Model box will remain blank)
• ETK和PExprt的区别？
“Electronic Transformer Kit”是基于Maxwell 3D 的免费脚本，提供基于预先定义的设计输 入的FEA求解模型（非解析模型），而PExprt可生成整个设计。ETK不考虑Litz线和 twisted双绞线，也不自动考虑绕组电容，除非手动生成一个额外的electrostatic design 。
哪里可以找到ETK脚本？
• 访问 Customer Portal: Knowledge Resources > Solutions
基于ANSYS的漏感变压器仿真计算
基于ANSYS的漏感变压器仿真计算0 引言随着微波炉的普及，微波炉的需求越来越多，大量制造时需要考虑节约成本以及性能要求，漏感变压器作为微波炉核心器件之一，影响着微波炉整体性能以及制造费用。
漏感变压器作为一种特殊的变压器，他不但能起到变压的作用；同时由于漏感的存在，还能起到稳定电压的作用，这是由于当初级电压变化时产生的磁通量没有全部锁定在铁芯中形成主磁通，而是有一部分分布在线圈与空气之间。
当初级电压变化时，次级的感应电动势的变化就不会如理想变压器那么剧烈，也就起到了稳压的作用。
由于漏感分布在线圈和空气中，传统的分析方法是采用路的分析方法，无法计算漏感确切的分布位置以及强度，长期以来只能靠经验来判定。
另一方面，传统的计算方法只能得到宏观特性，不能得到精细的变压器内部结构。
再加上铁芯的材料一般都是非线性的，这使得计算求解更加困难，只能用线性B-H曲线代替求解，使得计算不准确。
要想得到变压器的精确数据，就只有依靠数值计算和计算机技术。
ANSYS是基于有限元法的一款计算软件，可用来分析电磁场领域的多项问题。
它充分利用了各种计算方法的优点，发展出了适用于不同情况的电磁分析模块，其中Emag模块主要应用于低频电磁分析，其主要特点是：非线性磁场分析和场路耦合分析，这对于计算非线性材料非常有用，尤其是磁性材料，主要应用于电击、变压器、电磁开关以及感应加热等领域。
1 变压器基本原理与漏磁场，U1为初级线圈电压，N1为初级线圈的匝数，U2为次级线圈电压，N2为次级线圈的匝数，对初级线圈加上一定的电压，按电磁感应定律，会在次级线圈上得到感应电动势，在没有电阻、漏磁及铁损的情况下，变压器是理想变压器，原线圈和副线圈的匝数比等于原电压和副电压之比。
，如果在原线圈两端外加一正弦交流电压U1，则原线圈中将有交变电流I1通过，因而在铁心中将激励一交变磁通。
为了便于分析问题，将总磁通分成等效的两部分磁通，其中一部分磁通沿着铁心闭合，同时与原、副线圈相交链，称为互感磁通或主磁通，用φ表示；另一部分磁通主要沿非铁磁材料(如空气)闭合且仅与原线相交链，称为原线圈漏磁通，表示为φ1，还有一部分只与次级线圈相交链的称为副线圈漏磁通，表示为φ2。
基于ANSYS仿真的绕组交叉换位对高频变压器损耗的影响分析
基于ANSYS仿真的绕组交叉换位对高频变压器损耗的影响分析张宁;李琳【摘要】为了探究绕组交叉换位对高频变压器绕组损耗的影响,基于高频变压器样机模型,利用AN-SYS有限元软件建立了高频变压器的仿真模型,并考虑了高频下绕组的集肤和临近效应的影响,然后对比分析了绕组交叉换位前后磁心窗口内的磁感应强度、绕组电流密度分布以及绕组损耗的变化规律,得出了绕组交叉换位可以有效降低绕组损耗的结果.同时也说明了利用ANSYS软件分析高频变压器模型损耗的合理性和有效性,为高频变压器的优化设计提供了有效技术支持.【期刊名称】《电工电能新技术》【年(卷),期】2015(034)010【总页数】5页(P76-80)【关键词】交叉换位;高频变压器;有限元;绕组损耗;磁感应强度【作者】张宁;李琳【作者单位】华北电力大学新能源电力系统国家重点实验室,北京102206;华北电力大学新能源电力系统国家重点实验室,北京102206【正文语种】中文【中图分类】TM433现代电力电子装置逐渐向小型化发展，减小磁性元件体积的有效方法之一就是提高工作频率，但是随着频率的提高，集肤效应和邻近效应增加了绕组的损耗［1］。
因此，在设计变压器时，有必要改变传统的绕组布置方法，从某种意义上讲，导体间的相互位置甚至比其他参数更重要［2-4］，改变绕组结构和工艺，可达到减少高频损耗和漏感的目的。
在对一般高频变压器进行优化设计时，通常采用绕组交错布置方法，文献［5，6］指出，将初级与次级绕组交错布置可以有效减少绕组的漏感和交流损耗。
文献［7，8］综合分析了交叉换位形式对高频变压器交流电阻和漏感的影响。
本文采用有限元ANSYS软件构建高频变压器模型。
首先，理论分析了绕组布置方式对变压器损耗的影响，得出了磁心窗口内的磁感应强度的表达式，基于表达式得到了变化曲线;其次，仿真分析了绕组布置方式对变压器绕组损耗的影响，得到了沿绕组绕制方向磁心窗口内的漏磁通密度的分布曲线，以及绕组中电流密度的分布云图，通过与理论分析对比，验证了仿真分析的合理性和有效性;最后得出了以下结论:绕组交叉换位可以有效减小磁心窗口内的磁感应强度、绕组的临近效应和绕组损耗。
大型电力变压器漏磁场的ANSYS有限元分析_陈玉庆
第23卷 第6期2008年12月 电力学报 JOU R N AL O F EL ECT R IC PO WERV ol.23N o.6 D ec.2008文章编号: 1005-6548(2008)06-0442-04大型电力变压器漏磁场的ANSYS有限元分析陈玉庆,蔡 斌(曲阜师范大学电气信息与自动化学院,山东日照276826)摘 要:变压器的漏磁场问题既是变压器设计、制造中,也是影响变压器运行性能的大问题。
传统计算方法根据经验公式估算,误差相当大,为使计算、分析更加准确,有限元法被引进到漏磁场计算、分析中。
运用电磁场理论和有限元法,对110kV及以上电力变压器的漏磁场进行系统的研究,分别建立二维和三维漏磁场计算模型,准确计算油箱中的漏磁场分布情况。
结果表明,在油箱壁的长和宽方向中离变压器绕组最近处的漏磁密最大。
因此,数值方法的引入,改进了变压器的计算和设计,并使其优化设计成为可能。
关键词:变压器;漏磁场;有限元分析中图分类号:T M411+.2;T D391.9 文献标识码:A 电力变压器在额定运行情况下,漏磁场的增强引起的变压器附加损耗的增加将直接影响变压器的运行效率和产品的竞争力。
严重的是,由于漏磁场在一定范围内的金属结构件中产生的涡流损耗不均匀,有可能造成这些结构件的局部过热现象。
使变压器的热性能变坏,最终导致绝缘材料的热老化与击穿。
在电力系统发生短路时,暂态短路电流产生的漏磁场还可能产生巨大的机械力,对其绝缘和机械结构造成致命的威胁。
为此,对变压器运行的效率、寿命和可靠性提出了越来越高的要求。
[1]目前普遍认为漏磁场包括纵向漏磁和横向漏磁两个分量。
变压器的横向漏磁通远小于纵向漏磁通。
工程上,往往只计算纵向漏抗电势,只对特大容量的变压器才计及横向漏抗电势。
大型电力变压器电磁场问题的主要难点在于:首先,求解的场域体积庞大,国内最大变压器的外形尺寸是8.3×3.5×3.5m左右,且形状复杂;其次,问题中的线度差异非常之大,硅钢片只有0.3～0.35 mm,普通钢的透入深度在0.5～3m m,采用有限元分析,代价巨大;再次,还有材料的非线性、各向异性问题。
ANSYS电力变压器仿真案例
Cut-away of typical 3ph oil-filled power transformer
Oil-flow though winding having LV layers and HV disks
电力变压器温升计算
—模型介绍
• Maxwell 3D 涡流场求解器 • 频率 = 60Hz sinusoidal • 铁心相对磁导率= 300 • 铁心电导率= 0 • 只考虑LV 线圈集肤效应和
BranchCurrent(VI9) Setup1 : Transient
BranchCurrent(VI10) Setup1 : Transient
BranchCurrent(VI11) Setup1 : Transient
BranchCurrent(VI12) Setup1 : Transient
Calculate Field
Calculate Field Accuracy
Error Acceptable?
Yes
No Refine Mesh
Display Simulation Results
Adaptive meshing is available for all non-transient solvers
Simplorer
System / Circuit
IA
A
IB
A
IC
A
PMSYNC
ICA: PP := 6
Torque
J
A
D2D
GAIN
PExprt
Magnetics Design
ANSYS Mechanical
Thermal / Stress
Maxwell 2D/3D
管道漏磁内检测缺陷漏磁场二维ANSYS仿真过程
A.2 管道漏磁内检测缺陷漏磁场二维ANSYS仿真A.2.1问题描述管径为377mm，管壁厚度为8mm，对于二维几何模型来讲，管道检测装置是一个完全轴对称的图形，只需要建立1/4实体模型。
模型包括管壁、磁化器、永磁体、钢刷和轭铁。
图A.1中A1表示内缺陷的实体，深50%，长2cm，处于两个磁极中间；A2、A4为永磁体，厚3cm，长8cm，矫顽力为896000Oe，相对磁导率为1.05；A3、A5为钢刷，厚5cm，长8cm，相对磁导率为186000；A7为轭铁，厚2cm，长36cm，相对磁导率为186000；A10为管壁，厚8mm，长46cm，采用X52号钢，它的磁特性如表4.2成非线性，B-H曲线如图4.2所示；A6、A8、A9为空气域，是由包围检测装置和管壁的空气域分割而成，管壁外取5 cm宽的空气域，空气的相对磁导率为1。
图A.1实体模型以Y轴为对称轴（管壁轴向延伸方向），坐标原点取在管道中心，建立仿真模型。
A.2.2 ANSYS仿真GUI（图形用户界面）操作方法1. 创建物理环境（1）过滤图形界面GUI：Main Menu> Preferences，弹出图A.2界面对话框，选中“Magnetic-N odal”（磁场-节点分析），对后面的分析进行菜单及相应的图形界面过滤。
图A.2过滤图形界面（2）定义工作标题Utility Menu>File>Change Title，在弹出的对话框中输入“MFL Analysis”，单击“OK”，如图A.3所示。
图A.3定义工作标题（3）指定工作名Utility Menu>File>Change Jobname，在弹出的对话框中输入“MFL_2D”，单击“OK”，如图A.4所示。
图A.4指定工作名（4）指定工作目录Utility Menu>File>Change Directory，弹出“Change Working Directory”对话框，选择（建立）工作目录“E:\MFL_ANSYS”，单击“确定”，如图A.5所示。
利用有限元软件ANSYS计算变压器内部电磁场分布
利用有限元软件ANSYS计算变压器内部电磁场分布作者：王妍来源：《科技资讯》 2011年第28期王妍(山东省电力学校山东泰安 271000)摘要:在有限元技术日趋完善的今天,随着计算机技术的普及和计算机速度的不断提高,有限元在工程设计和分析中得到了越来越广泛的重视,已经成为解决复杂的工程分析问题的有效途径。
作为有限元的技术载体的有限元软件也逐步成熟。
本文主要介绍了有限元软件ANSYS的特点及在工程电磁场中的使用方法。
本论文利用有限元软件ANSYS计算了变压器电磁场。
经过本次分析验证,有限元软件ANSYS是计算电磁场的可靠软件,大大提高了计算速度,并可以进行可视化图形的显示。
关键词:软件ANSYS 特点变压器有限元有限元软件ANSYS 变压器电磁场中图分类号:TM4 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2011)10(a)-0133-01电场和磁场计算是计算电磁学的两个分支。
通常认为电场计算比磁场计算容易,主要原因是:第一,至少在低频情况下,电场的描述只用一个标量位即可;第二,电场计算一般均为线性问题。
与电场数值计算相比,磁场的数值计算[2]要复杂得多,主要原因是由于控制方程复杂,材料各向异性和非线性。
磁场数值计算方法可以从多种角度予以分类。
从磁场控制方程出发,有微分方程法、积分方程法及微分积分方程法,从数值离散方法出发,有边界元法、有限元法及有限差分法等;从求解变量的类型出发,有标量位、矢量位和高阶矢量位。
1 有限元法的概念有限元法亦称为有限单元法或有限元素法,是数值计算中一种重要近似方法,其基本思想是:运用离散化的概念,将连续介质或结构划分成许多有限大小的字区域的集合,把每一个字区域称作单元和元素,将单元的集合称为网络,则实际的连续介质(或实际结构)可以看作这些单元在他们的节点上相互连接而组成的有效集合体,这是求解的基本方程将是一个代数方程组,从而将求解描述真实连续场变量的微分方程组简化为求解代数方程组,得到近似的数值解[3]。
基于ANSYS的电力变压器
Whv=(12*2.6+11*5)*1E-03 !Width of inner HV winding;
Wlv=(3+5)*1E-03 !Width of LV winding;
Wt=450E-03
!Length between two core center lines;
Nlv=24
NSLE,S
Cp,3,Curr,All
Cp,4,EMF,All
! Couple Current inside HV winding;
Allsel,all
D,Nmax-4,Volt,0
D,Nmax-1,volt,0
nsel,s,loc,x,0
D,all,az,0
Allsel,All
!Resistor element;
Nmax-5
ik
AC
Nmax-3
Nmax-4
Nmax-5
ik
node(R1,0,0) Nmax-4
Nmax-2
Nmax-2
Type,5 Real,5 E,Nmax-2,Nmax-1,Node(R2,0,0) !Stranded coil; Allsel,All
Nmax-1
基于ANSYS的电力变压器 磁场计算方法
西安交通大学高压教研室 汲胜昌
2008年5月
一 变压器的结构
低压绕组匝数：24 低压绕组导线截面积：48mm2 高压绕组匝数：2100 高压绕组导线的截面积：5.31mm2
1-2
二 有限元分析（ANSYS）
2.1 参数化结构模型
! transformer for 31500kVA/35kV/400V, developed by Ou